【教学课件】第一章可编程控制器综述.ppt
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1、第一章 可编程控制器综述西安职业技术学院机电工程系可编程控制器应用技术(三菱)本章主要内容本章主要内容可编程控制器的产生与发展可编程控制器的产生与发展1可编程控制器的特点可编程控制器的特点2 可编程控制器的分类可编程控制器的分类3可编程控制器的应用和发展趋势可编程控制器的应用和发展趋势4可编程控制器的性能指标可编程控制器的性能指标5可编程控制器应用技术(三菱)19691969年时被称为可编程逻辑控制器,简年时被称为可编程逻辑控制器,简称称PLC(Programmable Logic Controller)PLC(Programmable Logic Controller)。70 70年代后期,
2、随着微电子技术和计算机年代后期,随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展,称其为可编程控制器,简技术的迅猛发展,称其为可编程控制器,简称称PC(Programmable Controller)PC(Programmable Controller)。但由于。但由于PCPC容易和个人计算机容易和个人计算机(Personal Computer)(Personal Computer)相混淆,故人们仍习惯地用相混淆,故人们仍习惯地用PLCPLC作为可编程控作为可编程控制器的缩写。制器的缩写。1.1.1 1.1.1 可编程控制器名称的演变及定义可编程控制器名称的演变及定义可编程控制器应用技术(三菱)(1987
3、年年 国际电工委员会)国际电工委员会)可编程序控制器是一种数字运算操作的可编程序控制器是一种数字运算操作的电子电子系统系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用了,专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程序的存储器,用来在其内部存储、执行逻可编程序的存储器,用来在其内部存储、执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。控制各种类型的机械或生产过程。1.1.1 1.1.1 可编程控制器名称的演变及定义可编程控制器名称的演变及定义可编程控制
4、器应用技术(三菱)1.1.1 1.1.1 可编程控制器名称的演变及定义可编程控制器名称的演变及定义数字运算操作的电子系统数字运算操作的电子系统也是一种计算机也是一种计算机定定定定义义义义中中中中强强强强调调调调了了了了PLCPLC是是是是:面向用户指令面向用户指令编程方便编程方便 逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作逻辑运算、顺序控制、定时计算和算术操作 专为在工业环境下应用而设计专为在工业环境下应用而设计 数字量或模拟量输入输出控制数字量或模拟量输入输出控制 易与控制系统联成一体易与控制系统联成一体 易于扩充易于扩充可编程控制器应用技术(三菱)1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编
5、程控制器的产生 20 20世纪世纪2020年代起,人们把各种继电器、定时器、年代起,人们把各种继电器、定时器、接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制接触器及其触点按一定的逻辑关系连接起来组成控制 系统,控制各种机械设备,这是传统的系统,控制各种机械设备,这是传统的继电器控制系继电器控制系 统统。它能完成逻辑它能完成逻辑“与与”、“或或”、“非非”等运算功能,等运算功能,实现弱电对强电的控制,且由于它结构简单、容易掌握,实现弱电对强电的控制,且由于它结构简单、容易掌握,在一定范围内能满足控制要求,因而使用面很广,在工业在一定范围内能满足控制要求,因而使用面很广,在工业控制领域中一直占有主
6、导地位。控制领域中一直占有主导地位。可编程控制器应用技术(三菱)1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生 随着工业的发展,设备和随着工业的发展,设备和生产过程越来越复杂。复杂的生产过程越来越复杂。复杂的系统可能使用成百上千个各式系统可能使用成百上千个各式各样的继电器,并用成千上万各样的继电器,并用成千上万根导线以复杂的方式连接起来,根导线以复杂的方式连接起来,执行相应的复杂的控制任务。执行相应的复杂的控制任务。作为单台装置,继电器本作为单台装置,继电器本身是比较可靠的。但是,对于身是比较可靠的。但是,对于复杂的控制系统,继电器控制复杂的控制系统,继电器控制系统存在几个明显的
7、缺点系统存在几个明显的缺点:可靠性差,排除故障困难可靠性差,排除故障困难 灵活性差,总成本较高灵活性差,总成本较高 适应性差,接线复杂适应性差,接线复杂 体积大,不易维修体积大,不易维修可编程控制器应用技术(三菱)1.19681.1968年年,美美国国最最大大的的汽汽车车制制造造厂厂家家通通用用汽汽车车公公司司(GM)(GM)提出了研制可编程序控制器的基本设想,即提出了研制可编程序控制器的基本设想,即u 编程简单,可在现场修改程序编程简单,可在现场修改程序u 维护方便,最好是插件式维护方便,最好是插件式u 可靠性高于继电器控制柜可靠性高于继电器控制柜u 体积小于继电器控制柜体积小于继电器控制柜
8、 u 可将数据直接送入管理计算机可将数据直接送入管理计算机u 在成本上可与继电器控制柜竞争在成本上可与继电器控制柜竞争u 输入可以是交流输入可以是交流115V115Vu 输出是交流输出是交流115V115V,2A2A以上,可直接驱动电磁阀以上,可直接驱动电磁阀u 在扩展时,原有系统只要很小变更在扩展时,原有系统只要很小变更u 用户程序存储器容量至少能扩展到用户程序存储器容量至少能扩展到4K4K字节字节1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生可编程控制器应用技术(三菱)2.1969年,美国数字设备公司研制出了世界上第一台年,美国数字设备公司研制出了世界上第一台 PLC,型号为
9、,型号为PDP-14。3.1969年,美国哥德公司(年,美国哥德公司(GOULD)把)把PLC商品化,商品化,型号为型号为084。4.1971年,日本研制出第一台年,日本研制出第一台PLC,型号为,型号为DSC-8。5.1973年,德国西门子公司(年,德国西门子公司(SIEMENS)研制出第一)研制出第一台台PLC,型号为,型号为SIMATIC S4。6.我国从我国从1974年开始研制,年开始研制,1977年开始工业应用年开始工业应用。1.1.2 1.1.2 可编程控制器的产生可编程控制器的产生可编程控制器应用技术(三菱)1.1.早期的早期的PLC(20PLC(20世纪世纪6060年代末至年代
10、末至7070年代中期)年代中期)早期的早期的PLCPLC一般称为可编程逻辑控制器。这时的一般称为可编程逻辑控制器。这时的PLCPLC主要是作为继电器主要是作为继电器控制装置的替代物而出现的,其主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制装置的替代物而出现的,其主要功能是执行原先由继电器完成的顺序控制、定时等功能,将继电器的控制、定时等功能,将继电器的“硬接线硬接线”控制方式变为控制方式变为“软接线软接线”方式。方式。早期的早期的PLCPLC在硬件上以准计算机的形式出现,在在硬件上以准计算机的形式出现,在I/OI/O接口电路上作了改接口电路上作了改进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立
11、元件和中小规进以适应工业控制现场的要求。装置中的器件主要采用分立元件和中小规模集成电路,模集成电路,存储器采用磁芯存储器。存储器采用磁芯存储器。另外还采取了一些措施,以提高其另外还采取了一些措施,以提高其抗干扰的能力。抗干扰的能力。在软件编程方面,采用了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制在软件编程方面,采用了广大电气工程技术人员所熟悉的继电器控制线路的方式,即线路的方式,即梯形图。梯形图。因此,早期的因此,早期的PLCPLC的性能要优于继电器控制装置,的性能要优于继电器控制装置,其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有故障指示、能重复其优点包括简单易懂、便于安装、体积小、能耗低、有
12、故障指示、能重复使用等。梯形图作为使用等。梯形图作为PLCPLC特有的编程语言一直沿用至今。特有的编程语言一直沿用至今。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的发展可编程控制器的发展可编程控制器应用技术(三菱)2.2.中期的中期的PLCPLC(2020世纪世纪7070年代中期至年代中期至8080年代中、后期)年代中、后期)2020世纪世纪7070年代初期,出现了微处理器,由于其体积小、功能强、价格年代初期,出现了微处理器,由于其体积小、功能强、价格便宜,很快被用于便宜,很快被用于PLC.PLC.美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理美国、日本、德国等一些厂家先后开始采用微处理器作为器作为P
13、LCPLC的中央处理单元的中央处理单元(CPU(CPU),),使使PLCPLC的功能增强、工作速度加快、体的功能增强、工作速度加快、体积减小、可靠性提高、成本下降。积减小、可靠性提高、成本下降。在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,中期的在硬件方面,除了保持其原有的开关模块以外,中期的PLCPLC增加了模拟增加了模拟量模块、远程量模块、远程I/OI/O模块、各种特殊功能模块;扩大了存储器的容量,增加了模块、各种特殊功能模块;扩大了存储器的容量,增加了各种逻辑线圈的数量;还提供了一定数量的数据寄存器,使各种逻辑线圈的数量;还提供了一定数量的数据寄存器,使PLCPLC应用范围得应用范围得以扩大
14、。以扩大。在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,在软件方面,除了保持其原有的逻辑运算、计时、计数等功能以外,中期的中期的PLCPLC还增加了算术运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能,指还增加了算术运算、数据处理和传送、通信、自诊断等功能,指令系统大为丰富,系统可靠性也得到了提高。令系统大为丰富,系统可靠性也得到了提高。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的发展可编程控制器的发展可编程控制器应用技术(三菱)3.3.近期的近期的PLCPLC(2020世纪世纪8080年代中、后期至今)年代中、后期至今)进入进入2020世纪世纪8080年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的
15、迅速发展,年代中、后期,由于超大规模集成电路技术的迅速发展,微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的微处理器的市场价格大幅度下跌,使得各种类型的PLCPLC所采用的微处理器所采用的微处理器的档次普遍提高。而且,为了进一步提高的档次普遍提高。而且,为了进一步提高PLCPLC的处理速度,各制造厂商还的处理速度,各制造厂商还纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得纷纷研制开发了专用逻辑处理芯片。这样使得PLCPLC在软、硬件功能上都发在软、硬件功能上都发生了巨大变化。生了巨大变化。现代现代PLCPLC不仅能够完全胜任对大量开关量信号的逻辑控制功能,还具不仅能够完全胜任对大量开关量信号的逻辑控制功
16、能,还具有了很强的数学运算、数据处理、运动控制、有了很强的数学运算、数据处理、运动控制、PIDPID控制等模拟量信号处理控制等模拟量信号处理能力。同时能力。同时PLCPLC的联网通讯能力大大增强,可以构成功能完善的分布式控的联网通讯能力大大增强,可以构成功能完善的分布式控制系统,实现工厂自动化管理。在发达的工业化国家,现代制系统,实现工厂自动化管理。在发达的工业化国家,现代PLCPLC广泛应用广泛应用在所有的工业部门。在所有的工业部门。1.1.3 1.1.3 可编程控制器的发展可编程控制器的发展可编程控制器应用技术(三菱)三菱电机公司三菱电机公司:F,FX,A,K等系列。立石公司立石公司:D、
17、E等系列。东芝公司东芝公司:EX等系列 富士电机公司富士电机公司:HDC和MICREX-F50等系列。通用电气公司通用电气公司 (GE):SERIES,GE等系列。德州仪器公司德州仪器公司:TI和PM等系列。哥德公司哥德公司:MICRD等系列。西门子公司西门子公司 (SIMENS):):SIMATIC S5、S7等系列。AEG公司公司:A系列等美美 国国 日日 本本 德德 国国 1.1.4 1.1.4 常见的可编程控制器常见的可编程控制器可编程控制器应用技术(三菱)三菱三菱PLCPLC外形图外形图Q系列系列PLCFX2N系列系列PLCFX1N系列系列PLCFX1S系列系列PLC可编程控制器应用
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